Partie 1 : Introduction
1. Avant-propos
1.1. Sur ce document
1.1.1. A qui est destiné ce document?
Les étudiants qui découvrent le langage, mes collègues enseignants qui cherchent un document de support à leur cours et d’exercice accessible, et … moi-même (pour organiser mes notes diverses)!
1.1.2. A qui n’est-il pas destiné?
Si vous appartenez à l’une de ces catégories, ce livre n’est pas pour vous :
1.1.3. Historique
Ce document est la compilation de plusieurs années d’enseignement de SysML depuis 2007, que ce soit :
-
au Master TI, de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (cours d’introduction avec mon collègue et ami Nicolas Belloir),
-
au Master Recherche SAID, de l’UPS (introduction),
-
au Master ICE de l’Université de Toulouse II - Le Mirail (introduction avec mon collègue et ami Pierre de Saqui Sannes),
-
au Master of Science de Göteborg, Suède (introduction réalisée par Nicolas Belloir),
-
à l’Universitad Autónoma de Guadalajara, au Mexique (40h de formation professionnelle aux employés de Continental),
-
ou plus récemment au Master DL-SI de l’UPS.
Vous trouverez en référence (cf. Bibiliographie) les ouvrages et autres documents utilisés.
Je tiens à remercier mes collègues qui m’ont aidé dans mon entreprise :
-
Nicolas Belloir de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, Laurent Nonne de l’IUT de Blagnac et Karina Aguilar de l’Universitad Autónoma de Guadalajara;
-
mes collègues de SysML-France : Pascal Roques (PRFC), Agusti Canals (C-S) et Loïc Féjoz (RTaW);
-
mon maître d’AsciiDoc : Jean-Michel Inglebert.
1.2. Sur l’auteur
-
Professeur à l’Univesité de Toulouse
-
Co-fondateur de l’association SysML-France en 2009
-
Membre du comité éditorial de la revue Software and System Modeling journal depuis sa création en 2002
-
Membre du Steering Committee de la conférence ACM/IEEE MODELS depuis 2008
-
Enseignant en modélisation depuis 1995
-
Chef du département informatique de l’IUT de Blagnac de 2009 à 2012
-
Co-responsable de l’axe Systèmes Ambiants de l’IRIT
-
Marié, une (merveilleuse) fille
1.3. Comment lire ce document?
1.3.1. Version électronique
Ce document a été réalisé de manière à être lu de préférence dans sa version électronique, ce qui permet de naviguer entre les références et les renvois interactivement, de consulter directement les documents référencés par une URL, etc.
|
Si vous lisez la version papier de ce document, ces liens clickables ne vous servent à rien, mais n’hésitez pas à en consulter la version électronique! |
1.3.2. Conventions typographiques
J’ai utilisé un certain nombre de conventions personnelles pour rendre ce document le plus agréable à lire et le plus utile possible, grâce notamment à la puissance d’AsciiDoc :
-
des mises en formes particulières (e.g., NomDeBloc pour un élément de modèle),
-
des références bibliographiques, présentées en fin de document (cf. Bibliographie),
-
tous les flottants (figures, tableaux) sont listés à la suite de la table des matière,
-
les termes anglais (souvent incontournables) sont repérés en italique, non pas pour indiquer qu’il s’agit d’un mot anglais, mais pour indiquer au lecteur que nous employons volontairement ces termes (e.g., Requirements).
Les figures, sauf mention contraire, ont été réalisées avec l’outil TOPCASED en français. Le titre des figures indique (entre parenthèses) un R pour les figures issues de Rhapsody et un UK pour les figures en anglais. Les conventions (de nommage notamment) sont regroupées en section [conventions].
1.3.3. Utilisation et autres mentions légales
Dernière MAJ : 26/12/2012 - 00:52:45 CET
Document généré par Jean-Michel Bruel via AsciiDoc (version 8.6.8) de Stuart Rackham.
La version présentation a été générée en utilisant W3C HTML Slidy © de Dave Raggett, amélioré par Jean-Michel Inglebert.
Pour l’instant ce document est libre d’utilisation et géré par la Licence Creative Commons.
licence Creative Commons Paternité - Partage à l'Identique 3.0 non transposé.
N’hésitez pas à m’envoyer vos remarques en tout genre en m'écrivant ici.
1.4. Méthode pour cet ouvrage
Everything should be made as simple as possible, but not simpler.
Mon approche pédagogique repose sur quelques principes, que j’ai essayé de mettre en oeuvre dans cet ouvrage :
- La répétition
-
Par exemple certains diagrammes sont abordés plusieurs fois (comme le diagramme paramétrique). Le lecteur pourra avoir une impression de redite par moment. Sauf erreur de ma part (toujours possible!), c’est volontaire. En général les répétitions vont en niveau de précision, de détails et de complexité croissant. Ces répétitions sont limitées dans la version livre de cet ouvrage (car toute longueur inutile a un coût dans ce cas).
- L’illustration
-
Dans la mesure du possible, j’essaye de donner des exemples aux principes énoncés. Vous trouverez donc plus d’exemples que de définitions.
- Le référencement
-
Les définitions ou autres affirmations sont tirées d’ouvrages de référence généralement citées.
- La "carte de base"
-
J’aime réaliser une "carte"
[voir aussi le concept de Mind Maps.]
qui sert à "placer" les différents concepts abordés. Il me semble que cela permet aux étudiants de raccrocher les nouveaux concepts aux précédents.
Aucune connaissance particulière d’UML n’est nécessaire, même si j’y fais référence à plusieurs endroits pour les étudiants qui connaissent cette notation (quasiment enseignée partout maintenant comme langage de modélisation). Il s’agit d’un parti pris prenant en compte plusieurs points :
2. C’est quoi SysML?
Si vous ne deviez lire qu’un seul chapitre, voilà ce qu’il faudrait retenir.
2.1. Fiche d’identité
2.2. SysML, c’est…
- Un ensemble de 9 types de diagrammes
-
-
Diagrammes structuraux
-
Diagrammes de définition de blocs (bdd)
-
Diagrammes internes de blocs (ibd)
-
Diagrammes paramétriques (par)
-
Diagrammes de packages (pkg)
-
-
Diagrammes comportementaux
-
Diagrammes de séquence (seq)
-
Diagrammes d’activité (act)
-
Diagrammes de cas d’utilisation (uc)
-
Diagrammes d'états (st)
-
-
Diagramme d’exigence (req)
-
- Un profil UML
-
C’est à dire une extension de cette notation, un ensemble de nouveaux concepts et éléments qui sont définis à partir des éléments de base d’UML. Un exemple : le bloc qui n’est qu’une redéfinition de la classe.
- Une notation
-
Une notation de plus en plus enseignée et connue et qui servira donc de plus en plus de référence à la modélisation des systèmes.
2.3. SysML, ce n’est pas…
- Une méthode
-
En effet, contrairement à ce que beaucoup pensent en l’abordant, SysML ne propose pas de démarche particulière de développement de système. C’est à la fois sa force (votre méthode existante pourra continuer à être utilisée) comme sa faiblesse car cette absence de guide méthodologique fait souvent défaut à son utilisation.
- Un outil
-
Nous verrons en effet que SysML ne fait que ce qu’on veut bien en faire. Comme tout langage il est limité dans son pouvoir d’expression, mais surtout il reste une simple notation qu’il convient d’utiliser avec des outils et des démarches associées.
- Un raton laveur
-
C’est juste pour voir ceux qui suivent.
2.4. Références et liens utiles
Vous trouverez en fin d’ouvrage un ensemble de liens utiles (cf. [liens]) et de références (cf. bibliographie).
3. A propos du Bac STI2D
Si vous utilisez cet ouvrage dans le cadre du bac STI2Dindexterm:[STI2D] (Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable) qui a introduit depuis 2011 la notation SysML au programme, nous donnons
ici des conseils sur l’utilisation de ce cours
[Je remercie au passage les collègues de Lycée rencontrés dans le cadre de SysML-France pour nos fructueuses discussions à ce sujet.]
.
L’objectif en STI2Dindexterm:[STI2D] n’est pas de former des spécialistes de SysML mais de permettre à tous d’apprendre une notation pour la modélisation de système qui se veut universelle. Il ne faut donc pas viser la complétude ou même demander trop de détails. La logique de la démarche de modélisation et l’importance de la communication devront primer.
|
|
A l’heure où nous écrivons ces lignes, il est également prévu de l’enseigner en classe prépa dès 2013. |
3.1. Diagrammes retenus
Seul un sous-ensemble des diagrammes de SysML a été retenu. Les élèves et les enseignants du bac STI2Dindexterm:[STI2D] pourront trouver dans ce document des éléments utiles sur ces diagrammes :
Ces 6 diagrammes servent trois objectifs principaux inscrits au programme :
3.2. Pour aller plus loin
Un blog récent recense les supports en liens avec STI2Dindexterm:[STI2D] : http://www.scoop.it/t/formation-sysml-sti2d.
4. Un exemple fil rouge
L’exemple de système qui sera modélisé tout au long de ce livre en guise d’exemple est l’exemple d’un système de gestion et de supervision de crise. Les détails sont donnés en annexe (cf. Annexes).
Il existe un certain nombre d’autres exemple complets :
-
Le radio-réveil de Pascal Roques [Roques2010]
-
Le distilleur de [FMS]
-
Le pacemaker de [SeeBook2012]
Partie 2 : Ingénierie système
1. Introduction
La matrice qui nous servira de "carte de base" pour placer les activités ou les modèles, sera celle-ci :
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
||||
Analyse |
||||
Conception |
||||
Implémentation |
1.1. Points de vue
Dans un axe horizontal, j’ai différencié quatre grands points de vue :
- Requirements
-
Les exigences et leur prises en compte sont un éléments critique pour le succès du développement du système. Sans explorer l’ensemble des activités d’ingénierie système (ce qui nécessiterait tout un volume du type de [reqs]) nous insisterons beaucoup sur cet aspect qui est souvent à l’origine de l’intérêt de SysML.
- Structure
-
La description de l’architecture et des éléments constitutifs du système, avec les blocs, leurs relations, organisations internes, etc. constituera un point de vue important. C’est souvent la partie de SysML qui pose le moins de problème aux débutants.
- Comportement
-
Le comportement d’un système est du point de vue de l’utilisateur final beaucoup plus important que la structure elle-même. C’est la partie qu’il est la plus à même d’exprimer, de comprendre (vos modèles) et de valider.
- Transverse
-
Un certains nombre de concepts sont transverses aux trois points de vue précédents. Il s’agira principalement de parler de cohérence entre les phases de développement ou entre les points de vue.
1.2. Phase de développement
Dans un axe vertical, j’ai différencié quatre grandes phases du cycle de vie du développement :
- Organisation
-
Une étape indépendante du type de cycle de développement envisagé (en V, agile, etc.) mais qui concerne la mise en place d’un cadre de travail qui permette un développement de qualité (outils, éditeurs, gestionnaire de version, de tâches, etc.)
- Analyse
-
Cette phase vise plutôt à examiner le domaine du problème. Elle se focalise sur les cahiers des charges et les exigences. L’analyse débouche sur un dossier d’analyse qui décrit les grandes lignes (cas d’utilisation, architecture principale) du système.
- Conception
-
Cette phase vise plutôt à examiner le domaine de la solution. Elle débouche sur un dossier de conception qui décrit les détails conceptuels de la solution envisagée (structure détaillée, comportement, etc.)
- Implémentation
-
Cette phase traite des développements finaux (construction ou approvisionnement en matériel, développement de codes, etc.).
2. Différence avec l’ingénierie logicielle
Enseignant en informatique, je me retrouve souvent à enseigner SysML à des informaticiens. D’où ce petit exposé sur mon opinion de la différence entre les deux "mondes".
2.1. Une ingénierie plus ancienne
Que ce soit généralement en terme de cycle de développement ou historiquement, l’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS] arrive avant l’Ingénierie Logicielle. Les ingénieurs systèmes ont donc une longue expérience et des pratiques bien ancrées.
2.2. Des systèmes plus complexes
On parle de système complexe lorsque l’on a affaire à :
-
un ensemble d'éléments humains et matériels en relation avec :
-
de nombreux éléments technologiques (Informatique, Hydraulique, Electronique, …)
-
intégrés pour fournir des services (finalité du système) en fonction de leur environnement
-
interagissant entre eux et avec leur environnement
-
On parle aussi de Système de systèmes quand un système :
-
doit gérer les interactions entre ses parties (ou composantes)
-
assure un comportement prévu à l’avance
-
gère les comportements (de l’environnement) inatendus
2.3. Différents types d’analyse
Toute la question que l’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS] cherche à résoudre est : comment passer des exigences au système de la façon la plus efficace possible.
Pour cela l’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS] est découpée en plusieurs analyses, chacune avec un but bien particulier :
Pour arriver à combler le gap entre le système à développer et ses spécifications.
3. Normes et standards
Il existe un grand nombre de standards en Ingénierie Systèmeindexterm:[IS]. Cette section fera (bientôt) une revue de ces différents standards et organismes et de leur utilisation (IEEE, EIA, ISO, certification, NASA, INCOSE, AFIS, …).
Enfin, citons un rapport de 2010, le Rapport Potier, qui présente l'état des logiciels embarqués et qui sera utiles à ceux qui s’intéressent aux verrous technologiques liés à ce domaine.
L’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS] génère beaucoup de documentation. Les processus de certification (par exemple dans l’aéronautique) sont encore basés sur des documents textuels.
4. Des documents aux modèles
Vue la complexité grandissante des systèmes, petit à petit cette ingénierie tente de passer d’une ingénierie centrée documents à une ingénierie centrée modèles. D’où l’importance de se poser la question des notations et langages pour réaliser et communiquer avec ces modèles (cf. [Notation]).
5. Les exigences
L’ingénierie des exigences est d’une importance capitale en Ingénierie Systèmeindexterm:[IS]. Nous renvoyons pour l’instant le lecteur au cours de Master qui précède ce cours.
6. L’architecture du système
Liens avec AADL, …
7. Le comportement du système
Liens avec la V&V
8. Méthodes et démarches
SysML n’est pas une méthode. En effet aucune démarche n’est imposée pour l’utilisation des diagrammes, l’ordre logique dans lesquels il vaut mieux les réaliser, etc. La spécification ne porte que sur la notation elle-même. D’où le pluriel dans le titre de cette section : il existe presque autant de méthodes que d’entreprise développant des systèmes. Nous nous contenterons de donner ici quelques heuristiques (cf. Annexe Considérations méthodologiques pour la présentation de quelques méthodes bien identifiées) :
Un diagramme ne doit pas être considéré comme définitif. Il peut être complété alors que l’on traite un autre aspect de la modélisation (exemple classique : ajout d’un nouveau bloc lors de la réalisation d’un diagramme de séquence). Quelque soit la démarche adoptée elle doit être itérative et permettre de revenir sur les premières étapes.
Bien intégrer les niveaux d’abstraction dans votre démarche. SysML possède certaines constructions pour formaliser cet aspect (Packages par exemple). Nous matérialisons cet aspect par la partie verticale de la matrice (cf. [Matrice]).
N’essayez pas de réaliser tous les diagrammes possibles pour votre système. Réalisez uniquement ceux qui sont utiles à votre cas particulier.
Partie 3 : La notation SysML
1. Pourquoi une nouvelle notation
A good notation has subtlety and suggestiveness which at times makes it almost seem like a live teacher.
— Bertrand Russell
Il existe une notation qui se veut "unifiée" pour les modèles : UML. Néanmoins cette notation est peu adaptée pour l’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS] :
-
UML 1.x était complètement inadaptée :
-
Principalement pour les systèmes d’information
-
Peu de liens entre les diagrammes
-
Peu de liens entre les modèles et les exigences
-
-
UML 2.x n’est pas beaucoup mieux si ce n’est :
-
Implication des ingénieurs systèmes pour sa définition
-
Introduction du diagramme de structure composite
-
En conclusion UML est une bonne base :
-
Standard De facto en génie logiciel
-
Fournit beaucoup de concepts utiles pour décrire des systèmes (même complexes)
-
Stable et extensible (grâce notamment au mécanisme de profile)
-
Beaucoup d’outils disponibles
Mais…
-
Manque de certains concepts clés d’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS]
-
Vocabulaire beaucoup trop « software » pour être utilisé par les ingénieurs systèmes (concept de classe ou d'héritage par exemple)
-
Trop de diagrammes (13 sortes)
2. Introduction à SysML
2.1. Fiche d’identité
2.2. Différence avec UML
2.3. Qui est "derrière"?
- Industrie
-
American Systems, BAE Systems, Boeing, Deere & Company, EADS Astrium, Eurostep, Israel Aircraft Industries, Lockheed Martin, Motorola, NIST, Northrop Grumman, oose.de, Raytheon, Thales, …
- Vendeurs d’outils
-
Artisan, EmbeddedPlus, Gentleware, IBM, Mentor Graphics, PivotPoint Technology, Sparx Systems, Vitech, …
- Autres organisations
-
AP-233, INCOSE, Georgia Institute of Technology, AFIS, …
2.4. Organisation des différents diagrammes
2.5. Différence entre modèle et dessin
SysML n’est pas une palette de dessins et d'éléments de base servant à faire des diagrammes. Il existe une représentation graphique des éléments modélisés en SysML. Elle est importante car elle permet de communiquer visuellement sur le système en développement, mais du point de vue du concepteur, c’est le modèle qui importe le plus.
C’est pourquoi nous vous recommandons de ne jamais "dessiner" des diagrammes SysML
[Sauf bien sûr au brouillon ou sur un tableau, notamment quand on travaille en équipe.]
, mais d’utiliser des outils dédiés (cf. section [Outils]).
Pour ceux qui cherchent à étudier un diagramme en particulier voici un plan de cette section (nous utilisons ici le "plan" vu lors de l’introduction de la [Matrice]) :
| Requirements, cf. [reqs] | Structure, cf. [archi] | Comportement, cf. [behavior] | Transverse, cf. [transvers] | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
pkg |
pkg, bdd |
pkg |
|
Analyse, Conception, Implémentation |
req |
bdd, ibd, seq, par |
uc, seq, st, act |
par |
3. Outils SysML
Il existe un certain nombre d’outils permettant de réaliser des modèles SysML. Voici une liste non exhaustive :
Vous trouverez sur Internet des comparatifs et des avis à jour sur les outils.
Ce que je voudrai souligner ici c’est l’importance du modèle comme "dépôt" (je préfère le terme anglais de repository) d'éléments de base en relation les uns avec les autres. C’est toute la différence entre le dessin et le modèle.
|
Attention toutefois à ne pas confondre ce que vous permet (ou pas) de faire l’outil et la notation elle-même. Les fabricants ont parfois pris des libertés ou bien n’ont pas complètement implémenté toutes les subtilités de la notation. |
4. Principes de base
Abordons quelques principes généraux de SysML.
-
Chaque diagramme SysML représente un élément de modélisation
-
Chaque diagramme SysML doit être incluse dans un cadre (Diagram Frame)
-
L’entête du cadre, appelé cartouche, indique les informations sur le diagramme:
-
le type de diagramme (req, act, bdd, ibd, sd, etc.)
-
le type d'élément (package, block, activity, etc.)
-
le nom de l'élément
-
le nom du diagramme ou de la vue
-
Dans l’exemple ci-dessous, le diagramme "Context_Overview" est un Block Definition Diagram (type bdd) qui représente un package, nommé "Context".
5. Organisation
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
||||
Analyse |
||||
Conception |
||||
Implémentation |
5.1. Fondements
On abordera :
-
Le Package Diagram
-
Les différent types de packages
-
Les organisations possibles
-
La notion de Namespaces
-
Les Dependencies
5.2. Le Package Diagram
-
Identique à UML, et classique pour les développeurs (java notamment)
-
Permet d’organiser les modèles en créant un espace de nommage (cf [namespace])
Les modèles peuvent être organisés selon toutes sortes de considération (cf. [organisation]). Le mécanisme qui permet de les organiser est le package (paquetage).
-
hiérarchie "système" (e.g., entreprise, système, composant)
-
types de diagrammes (e.g., besoins, structure, comportements)
-
par points de vue
-
etc.
5.3. Les différent types de packages
Il existe plusieurs types de package :
- models
-
un package "top-level" dans une hiérarchie de package
- packages
-
le type le plus classique : un ensemble d'éléments de modèles
- model librairies
-
un package prévu pour être réutilisé (importé) par d’autres éléments
- views
-
un package spécial pour représenter les points de vue
|
|
Un point de vue (viewpoint) est utilisé pour matérialiser une perspective particulière de modélisation. Il possède des propriétés standardisés (concerns, language, purpose, etc.) et permettent d’indiquer qu’une vue (un packetage particulier, stéréotypé <<view>>) est conforme (dépendance <<conform>>) à un point de vue. |
5.4. Les organisations possibles
Les modèles peuvent être organisés selon toutes sortes de considération :
-
par hiérarchie "système" (e.g., entreprise, système, composant, …)
-
par types de diagrammes (e.g., besoins, structure, comportements, …)
-
par cycle de vie (e.g., analyse, conception, …)
-
par équipes (e.g., architectes, [IPT], …)
-
par points de vue (e.g., sécurité, performance, …)
-
etc.
|
|
Organisation par défaut
L’outil TOPCASED propose, lors de la création d’un premier modèle, de créer une organisation "type" par défaut.
|
5.5. La notion de Namespaces
Un package est un espace de nommage pour tous les éléments qu’il contient. Ainsi, dans un package, on n’a pas à se soucier des noms des éléments. Même si d’autres utilisent les mêmes noms, il n’y aura pas ambiguité.
|
|
Définition : Namespace (OMG SysML v1.3, p. 23)
The package defines a namespace for the packageable elements. |
|
|
Dans les outils SysML, vous pouvez demander à voir les noms complets (Qualified names) des éléments, c’est à dire le nom de l'élément prefixé par son (ou ses) package(s) (e.g., Structure::Products::Clock). |
5.6. Les dépendances
Un certain nombre de dépendances peuvent exister entre des éléments de package ou entre les packages eux-mêmes :
- Dependency
-
une dépendance "générale", non précisée,
représentée par une simple flèche pointillée -----> - Use
-
l'élément "utilise" celui à l’autre bout de la flèche (un type par exemple),
représentée par le stéréotype <<use>> - Refine
-
l'élément est un raffinage (plus détaillé) de celui à l’autre bout de la flèche,
représentée par le stéréotype <<refine>> - Realization
-
l'élément est une "réalisation" (implémentation) de celui à l’autre bout de la flèche,
représentée par le stéréotype <<realize>> - Allocation
-
l'élément (e.g., une activité ou un requirement) est "alloué" sur celui à l’autre bout de la flèche (un block la plupart du temps),
représentée par le stéréotype <<allocate>>
5.7. En résumé
SysML propose un certain nombre de mécanismes pour organiser les différents modèles, tirés pour la plupart d’UML. Ces mécanismes seront plus faciles à comprendre au travers de leur utilisation concrète dans la suite.
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
package |
package |
package |
dependencies |
Analyse |
||||
Conception |
||||
Implémentation |
5.8. Questions de révision
-
Quels sont les 5 types de dépendances entre packageable elements ?
-
À quoi cela peut-il servir de définir les dépendances (donnez des exemples concrets) ?
6. Les exigences
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
||||
Analyse |
||||
Conception |
||||
Implémentation |
6.1. Fondements
On abordera :
-
L’organization des Requirements
-
Les Requirements properties
-
Les Requirements links
-
Les Requirements Diagrams
-
Les considérations sur la traçabilité
-
Annotations des Requirements
-
Les Use Case Diagrams (scénarios)
|
|
L’ingénierie des exigences est une discipline à part entière et nous n’abordons ici que les aspects en lien avec la modélisation système. Voir le livre de référence pour plus de détails ([Sommerville1997]) ou le guide de l’AFISindexterm:[AFIS] ([REQ2012]). |
6.2. L’organisation des Requirements
6.2.1. Différents types d’organisation
Comme nous l’avons vu pour les packages, plusieurs types d’organisations sont possibles :
-
Par niveau d’abstraction
-
Besoins généraux (en lien avec les use cases par exemple)
-
Besoins techniques (en lien avec les éléments de conception)
-
-
Par point de vue
-
Besoins principaux (en lien avec les use cases)
-
Besoins spécifiques :
-
Fonctionnels
-
Marketing
-
Environnementaux
-
Business
-
…
-
-
-
etc.
6.2.2. Tableaux de Requirements
Les requirements sont généralement stockés dans des feuilles excel.
6.3. Les Requirements properties
Il est possible d’indiquer un certain nombre de propriétés sur un requirement :
-
priority (high, low, …)
-
source (stakeolder, law, technical, …)
-
risk (high, low, …)
-
status (proposed, aproved, …)
-
verification method (analysis, tests, …)
6.4. Les Requirements links
Les principales relations entre requirement sont :
- Containment
-
pour décrire la décomposition d’une exigence en plusieurs sous-exigences (⊕–)
- Refinement
-
pour décrire un ajout de précision (<<refine>>)
- Derivation
-
pour indiquer une différence de niveau d’abstraction (<<deriveReqt>>), par exemple entre un système et un de ses sous-systèmes
|
|
Lorsqu’un cas d’utilisation possède plusieurs cas <<refine>> qui pointent vers lui, on considère que ces différents cas sont des options possibles de raffinement (cf. [conventions]). |
Il existe ensuite les relations entre les besoins et les autres éléments de modélisation (les block principalement) comme <<satisfy>> ou <<verify>>, mais nous les aborderons dans la partie transverse.
6.5. Les Requirements Diagrams
Quelques exemples de req tirés de http://www.uml-sysml.org/sysml :
6.6. Les considérations sur la traçabilité
Une fois que les requirements ont été définis et organisés, il est utile de les lier au moins aux use cases (en utilisant <<refine>> par exemple) et aux éléments structurels (en utilisant <<satisfy>> par exemple), mais ceci sera abordé dans la partie transverse.
|
|
En général chaque requirement devrait être relié à au moins un use case (et vice-versa!). |
6.7. Annotations des Requirements
Il est possible d’annoter les éléments de modélisation en précisant les raisons (rationale) ou les éventuels problèmes anticipés (problem).
6.8. Les Use Case Diagrams (scénarios)
Bien que nous traitions les cas d’utilisation dans la partie comportement, nous les abordons ici du fait de leur proximité avec les requirements.
Ce diagramme est exactement identique à celui d’UML.
|
Un acteur représente un rôle joué par un utilisateur humain. Il faut donc plutôt raisonner sur les rôles que sur les personnes elles-mêmes pour identifier les acteurs. |
6.9. En résumé
Les exigences sont très importantes en ingénierie système, plus en tout cas qu’en ingénierie logiciel, du fait de la multiplication des sous-systèmes et donc des intermédiaires (fournisseurs, sous-traitants, etc.) avec qui les aspects contractuels seront souvent basés sur ces exigences. Il n’est donc pas étonnant qu’un diagramme et des mécanismes dédiés aient été prévus en SysML.
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
⊕–, <<deriveReqt>> |
|||
Analyse |
<<satisfy>>, <<refine>> |
<<satisfy>> entre reqs et UC |
<<refine>> |
|
Conception |
<<allocate>> |
|||
Implémentation |
<<satisfy>>, <<verify>> |
En terme de démarche, il est classique d’avoir de nombreux aller-retour entre la modélisation des exigences et la modélisation du système lui-même (cf. [sysmod]).
6.10. Questions de révision
-
Quelles sont les différences entre besoins et exigences ?
-
En quoi les cas d’utilisation sont-ils complémentaires des exigences?
-
Quelle est la différence entre un package de type model et un package de type package?
-
7. L’architecture du système
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
||||
Analyse |
||||
Conception |
||||
Implémentation |
7.1. Fondements
On abordera :
-
l’organisation du système et des modèles
-
les Block Definition Diagrams
-
les Internal Block Diagrams
-
les Parametric Diagrams (pour les contraintes physiques)
-
les Sequence Diagrams (diagramme de séquence système)
7.2. Organisation du système et des modèles
En terme d’organisation, le mécanisme clef est celui de package. Celui-ci va permettre d’organiser les modèles, pas le système lui-même. Nous avons abordé cette organisation ici.
Pour l’organisation du système, on trouve le plus souvent :
-
un diagramme décrivant le contexte (le système dans son environnement), décrit dans un block definition diagram (cf. [contextebdd])
-
un diagramme décrivant les éléments internes principaux du système, décrit dans un internal block diagram
7.3. Block Definition Diagrams
7.3.1. Principes de base
Un bdd peut représenter :
-
un package
-
un bloc
-
un bloc de contrainte (constraint block)
Un diagramme de bloc décrit les relations entre les blocs (composition, généralisations, …). Ce diagramme utilise les mêmes éléments que le diagramme de classe UML.
Un bloc est constitué d’un certain nombre de compartiments (Compartments) :
- Properties
-
Equivalent UML des propriétés (e.g., attributs)
- Operations
-
Les méthodes supportées par les instances du bloc.
- Constraints
-
Les contraintes
- Allocations
-
Les allocations
- Requirements
-
Les exigences liées à ce bloc.
- User defined
-
On peut définir ses propres compartiments
7.3.2. Propriétés
On peut différencier 3 types de propriétés d’un bloc :
- values
-
Des caractéristiques (quantifiables)
- parts
-
Les éléments qui composent le bloc (cf. [ibd])
- references
-
Les éléments auquel le bloc a accès (via des associations ou des agrégations)
|
|
Les values sont ce qui se rapproche le plus des attributs de classes UML. |
7.3.3. Value Types
Pour associer un type aux valeurs, SysML propose de définir des Value Types.
7.3.4. Associations entre blocs
Il existe deux types de relations entre blocs :
-
l’association (y compris l’agrégation et la composition)
-
la généralisation/spécialisation
Ces deux types de relations, bien connues en UML, permettent de matérialiser les liens qui existent entre les éléments du système. Avant d’aborder les associations, il est important de différencier la description d'éléments structurels sous la forme d’un bloc (au travers d’un bdd par exemple) et ces éléments pris individuellement. Ces derniers sont des instances individuelles du même bloc. Cette notion, très présente dans les approches orientées objets est souvent plus ardue à appréhender pour les ingénieurs systèmes. Il faut bien comprendre que la modélisation d’un bloc consiste à représenter l’ensemble des éléments qui caractérisent tout une série d’objets (des moteurs, des pompes, des données, etc.). Il serait fastidieux de les représenter tous (individuellement), et c’est donc leur "signature" que l’on représente. C’est pour cela qu’un bloc n’est pas un élément physique, mais simplement sa représentation, tandis qu’une instance de ce bloc représentera elle cet élément physique. C’est le cas notamment des participants d’un diagramme de séquence ou encore des parties d’un composé, qui sont des instances et non des blocs.
Association
Une association est un ensemble de liens permanents existant entre les instances de deux ou plusieurs blocs. On dira qu’une association lie plusieurs blocs ou que les blocs participent à l’association.
Une association possède plusieurs propriétés :
- Dimension d’une association
-
Nombre de blocs mis en jeu par l’association
(binaire : 2, ternaire : 3, n-aire : n)
|
|
Exemple d’association binaire
Soient les bloc Fournisseurs et Produits. On veut indiquer quels sont les produits susceptibles d’être fournis par chaque fournisseur et quels sont les fournisseurs susceptibles de fournir chaque produit.
|
- Nom d’une association
-
Afin de clarifier les informations, il est important de nommer les associations.
Il existe trois façons de nommer une association :-
un verbe à l’infinitif (e.g., Fournir)
-
un verbe conjugué avec un sens de lecture : Fournit > ou < Est fourni par
-
un rôle (placé à une extrémité de l’association)
-
- Cardinalité
-
Indique à combien d’instances minimum et maximum du bloc d’en face est lié toute instance du bloc de départ. Elle est représentée par un couple (M..N).
|
|
Attention, dans une cardinalité M..N, M doit toujours être inférieur ou égal à N. Exemple : 3..10. |
Vers le code : que signifie vraiment une association?
En terme de logiciel, une association représente une contrainte sur la suite du développement : que ce soit un code (en langage orienté objet la plupart du temps) ou une base de donnée.
Pour reprendre l’exemple précédent, cela signifie concrètement au niveau d’un code par exemple que depuis une variable Produits on doit être capable d’accéder à une variable (correspondante) de type tableau (ou liste, ou …) de Fournisseurs.
Ce qui peut donner en java :
public class Produits { //Produits Attributes private String idPro; private String designation; private float poids; //Produits Associations private List<Fournisseurs> fournisseurs; ...
En terme d’ingénierie système, on utilisera plutôt des associations spécifiques (l’agrégation et la composition).
En terme d’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS], une composition indique que l'élément est une partie intégrante (on parle de part) du tout (un composant, comme le moteur d’une voiture par exemple) tandis q’une agrégation indique que l'élément est une partie "externe" (on parle de reference) comme la batterie d’un portable.
|
|
Un moyen simple en terme logiciel de déterminer si une association A→B est une association dirigée (navigable dans un sens), une agrégation ou une composition est de raisonner en terme d’implémentation :
|
Généralisation/spécialisation
Lorsque plusieurs blocs ont des caractéristiques en communs (propriétés, associations, comportement), il peut être utile de "factoriser" ces éléments en un bloc dont les autres vont "hériter". Quand on réalise ces liens hiérarchiques (on utilise souvent le terme "est un") en partant des blocs différents pour établir un nouveau bloc contenant les points communs on parle de généralisation. À l’inverse, quand on constate qu’un bloc possède réellement plusieurs déclinaisons différentes et que l’on créé alors des blocs spécifiques, on parle alors de spécialisation.
On retrouve cette association entre blocs, mais aussi entre acteurs, cas d’utilisation, etc.
7.4. Internal Block Diagrams
Un ibd décrit la structure interne d’un bloc sous forme de :
- parts
-
Les parties qui constituent le système (ses sous-systèmes)
- ports
-
Elément d’interaction avec un bloc
- connecteurs
-
Liens entre ports
7.4.1. Parts
Les parties sont représentés par les éléments au bout d’une composition dans un bdd. Elles sont créés à la création du bloc qui les contient et sont détruites avec lui s’il est détruit (dépendance de vie).
|
Il ne s’agit pas de redessiner le BDD. Les parts sont des instances et non des classes (au sens objet). |
On représente les parts comme des bloc en traits pleins et les references comme des blocs en trait pointillés.
7.4.2. Ports
Les ports :
-
préservent l’encapsulation du bloc
-
matérialise le fait que les interactions avec l’extérieur (via un port) sont transmise à une partie (via un connecteur)
-
les ports connectés doivent correspondre (kind, type, direction, etc.)
|
|
Les ports définissent les points d’interaction offerts («provided») et requis («required») entre les blocs. |
Les ports peuvent être de nature classique (comme en UML) et représenter la fourniture ou le besoin de services. Ils peuvent aussi être de nature "flux physique".
Les Flux peuvent être :
-
atomiques (un seul flux),
-
composites (agrégation de flux de natures différentes).
|
|
Un flow port atomique ne spécifie qu’un seul type de flux en entrée ou en sortie (ou les deux), la direction étant simplement indiquée par une flèche à l’intérieur du carré représentant le port. Il peut être typé par un bloc ou un Value Type représentant le type d’élément pouvant circuler en entrée ou en sortie du port. |
7.5. Parametric Diagrams
Ce diagramme utilise 3 concepts clefs :
-
Constraints (un type de bloc)
-
Parametric diagram (un type d'ibd)
-
Value binding
7.5.1. Contraintes
C’est un bloc particulier :
-
avec un stéréotype ≪constraint≫ (au lieu de bloc)
-
des paramètres en guise d’attributs
-
des relations liant (contraignant) ces paramètres
7.5.2. Diagramme paramétrique
C’est une forme particulière de Internal Block Definition
7.5.3. Value Binding
Une fois les contraintes exprimées, il faut lier les paramètres (formels) à des valeurs (paramètre réel). C’est l’objet des Value Binding.
Pour assigner des valeurs spécifiques, on utilise des Block Configurations;
7.6. Diagrammes de séquence système
Les diagrammes de séquence système (DSS) sont des Sequence Diagrams UML classiques où seul le système est représenté comme une boîte noire en interaction avec son environnement (les utilisateurs généralement).
Il permet de décrire les scénarios des cas d’utilisation sans entrer dans les détails. Il convient donc mieux à l’ingénierie système qu’un diagramme de séquence classique (cf. section sur les [seq]).
7.7. En résumé
En résumé, il existe plusieurs diagrammes permettant d’exprimer la structure du système à concevoir. En fonction du niveau de détail nécessaire on peut voir les sous-systèmes comme des boîtes noires (des blocs) ou comme des boîtes blanches (grâce à l'ibd correspondant).
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
package |
|||
Analyse |
bdd par |
|||
Conception |
bdd par ibd dss |
|||
Implémentation |
bdd par ibd dss |
7.8. Questions de révision
-
Quelles sont les différences entre une association dirigée (→), une composition (losange noir) et l’agrégation (losange blanc) ?
-
Puisqu’un bdd me donne souvent la liste des sous-systèmes (liens de composition), pourquoi ai-je besoin d’un ibd ?
8. Le comportement du système
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
||||
Analyse |
||||
Conception |
||||
Implémentation |
8.1. Fondements
On abordera :
-
les Use Case Diagrams (scénarios)
-
les Sequence Diagrams
-
les State Machines
-
les Activity Diagrams
8.2. Use Case Diagrams
Les éléments de base :
- Acteurs
-
les principaux acteurs (leur rôle) qui participent (on parle parfois d’acteurs principaux) ou qui bénéficient (on parle alors d’acteurs secondaires) du système.
- Cas d’utilisation
-
représente un ensemble d’actions réalisées par le système intéressant pour au moins un acteur
- Association
-
participation d’un acteur à un cas d’utilisation.
- Sujet
-
le domaine étudié (qui peut être une partie seulement de tout le système, pas forcément modélisé dans son ensemble)
|
|
Un acteur représente un rôle joué par un utilisateur humain. Il faut donc plutôt raisonner sur les rôles que sur les personnes elles-mêmes pour identifier les acteurs. |
8.3. Le Diagramme des Cas d’Utilisation
Le Diagramme des Cas d’Utilisation est un diagramme UML permettant de représenter :
-
les UC (Use Case ou Cas d’Utilisation)
-
les acteurs (principaux et secondaires)
-
les relations
-
entre acteurs et Use Case
-
entre Use Cases
-
|
|
On notera simplement uc pour signifier "diagramme des UC" |
8.3.1. Cas d’Utilisation (Use Case)
Un cas d’utilisation représente un ensemble de scénarios que le système doit exécuter pour produire un résultat observable par un acteur.
Exemple de cas d’utilisation (UML)
Retrait par carte bancaire
- Scénario principal
-
L’UC démarre lorsque le Guichet Automatique Bancaire (GAB) demande au client son numéro confidentiel après l’introduction de sa CB. Le client entre son code et valide son entrée. Le GAB contrôle la validité du code. Si le code est valide, le GAB autorise le retrait et l’UC se termine.
- Scénario alternatif n°1
-
Le client peut à tout instant annuler l’opération. La carte est éjectée et l’UC se termine.
- Exemple de codification de l’UC
-
UC01 ou RetraitCB (pour Retrait par carte bleue)
Précisions
Un cas d’utilisation peut être précisé par :
-
une description textuelle
-
un ou des diagrammes UML (séquence, activité)
|
|
Dans les outils, cette "précision" se manifeste par le fait que l’on "attache" généralement un diagramme de séquence à un cas d’utilisation (clic droit sur un Use Case → nouveau seq). |
8.3.2. Acteur
Un acteur peut être une personne, un ensemble de personnes, un logiciel, un processus qui interagit avec un ou plusieurs UC.
On peut trouver plusieurs types d’acteurs :
-
extérieurs au système (cf. actor [ucdiag])
-
les acteurs principaux
-
les acteurs secondaires
-
-
exemples de types d’acteurs prédéfinis dans UML :
-
<<utility>>
-
<<process>>
-
<<thread>>
-
|
|
On peut utiliser des liens de généralisation/spécialisation entre acteurs pour représenter les possibilités pour le spécialisé d’avoir les mêmes prérogatives (notamment en terme d’utilisation du système) que le généralisé. |
8.3.3. Relations entre acteurs et Use Case
En général, une simple association relie acteurs et Use Case. On peut également orienter ces associations en plaçant une direction (flèche vide) au bout de l’association.
8.3.4. Relations entre Use Case
Après avoir lister les cas d’utilisation, il est utile de les organiser et de montrer les relations entre eux. Plusieurs relations sont possibles :
- Extension (<<extend>>)
-
Indique que le Use Case source est éventuellement exécutée en complément du Use Case destination (cas particulier, erreur…). Le point précis où l’extension peut se produire est appelé extension point (surtout utile quand il existe plusieurs extensions pour un même cas)
- Inclusion (<<include>>)
-
Indique que le Use Case est inclus obligatoirement dans un autre Use Case (notion de sous-fonction par exemple)
- Généralisation
-
Relation entre un Use Case général et un autre plus spécialisé qui hérite de ses caractéristiques et en rajoute (différents modes d’utilisation d’un système par exemple, ou encore différents acteurs impliqués)
|
|
On n’utilise généralement <<include>> que dans le cas où le sous-cas d’utilisation est inclut dans plusieurs UC. Si ce n’est pas le cas, il est généralement englobé dans l’UC. |
8.3.5. Pour construire un UC (de manière générale)
-
identifier les acteurs
-
identifier les cas d’utilisation
-
structurer en packages
-
finaliser les diagrammes de cas d’utilisation (ajouter les relations)
|
|
Certains méthodologistes (comme T. Wielkins) préconisent de ne pas utiliser les acteurs et les cas d’utilisation (cf. son blog) |
8.3.6. Exemples complets (UML)
Service comptable
Gestion des notes
8.4. Sequence Diagrams
8.4.1. Généralités
Il permet de :
-
modéliser les interactions entre blocs
-
séquencer ces interactions dans le temps
-
représenter les échanges de messages
-
spécifier les scénarios des cas d'études
Les éléments qui composent ce diagramme sont :
- Participants
-
les éléments en interaction (des blocs généralement)
- Lignes de vie
-
des lignes verticales qui permettent d’indiquer un départ ou une arrivée d’interaction
- Barres d’activation
-
pour matérialiser quand l'élément est actif
- Messages
-
ce qui "circule" d’un élément à l’autre (signal, appel de méthode, …)
|
|
Les participants (et leur ligne de vie) représentent des instances de blocs (souvent "anonymes"). |
8.4.2. Exemple
8.4.3. Notions avancées
On peut également représenter des instructions itératives et conditionnelles au travers de cadres d’interaction :
-
loop (boucle)
-
alt (alternative)
-
opt (optionel)
-
par (parallèle)
-
region (région critique - un seul thread à la fois)
8.4.4. Exemple de conceptions
|
|
On utilise le diagramme de séquence pour représenter des algorithmes et des séquencements temporels. Lorsque le comportement se rapproche plus d’un flot, on utilise le diagramme d’activité (cf. section sur le [act]). |
8.4.5. Lien entre UC, DSS et DS
La décomposition hiérarchique permet une description "TOP-DOWN" du système à réaliser.
On fait un Diagramme de Séquence Système pour chaque cas d’utilisation (issu du Diagramme d’UC) pour déterminer les échanges d’informations entre l’acteur et le système.
Ensuite on fait un Diagramme de Séquence (DS) pour décrire comment les blocs composant le système (issus du bdd) collaborent pour réaliser le traitement demandé.
8.5. Diagramme d'états
SysML a repris le concept, déjà connu en UML, de machine à états (State Machines). Ce diagramme représente les différents états possibles d’un bloc particulier, et comment ce bloc réagit à des événements en fonction de son état courant (en passant éventuellement dans un nouvel état). Cette réaction (nommée transition) possède un événement déclencheur, une condition (garde), un effet et un état cible.
Le diagramme d’états comprend également deux pseudo-états :
-
l’état initial du diagramme d’états correspond à la création d’une instance ;
-
l’état final du diagramme d’états correspond à la destruction de l’instance.
Lorsqu’un état nécessite lui-même plus de détails, on créé un état composite (aussi appelé super-état) qui est lui-même une machine à état. On peut ainsi factoriser des transitions déclenchées par le même événement (et amenant vers le même état cible), tout en spécifiant des transitions particulières entre les sous-états. Il est également possible d’attacher un diagramme d'état (composite) à un état pour garder une représentation hiérarchique.
Un diagramme d'état peut représenter des régions concurrentes (dont les activités peuvent évoluer en parallèle), graphiquement représentées par des zones séparées par des traits pointillés. Chaque région contient ses propres états et transitions.
Il existe encore d’autres concepts avancés que nous ne présenterons pas dans cette introduction car ils sont beaucoup moins utilisés (entry, exit, transition interne, etc.).
8.6. Diagrammes d’activité
Les diagrammes d’activité (Activity Diagrams) est utilisé pour représenter les flots de données et de contrôle entre les actions. Il est utilisé pour raffiner en général un cas d’utilisation. Il est utilisé pour l’expression de la logique de contrôle et d’entrées/sorties. Le diagramme d’activité sert non seulement à préciser la séquence d’actions à réaliser, mais aussi ce qui est produit, consommé ou transformé au cours de l’exécution de cette activité.
Les éléments de base du diagramme d’activité sont :
-
les actions,
-
les flots de contrôle entre actions,
-
les décisions (branchements conditionnels),
-
un début et une ou plusieurs fins possibles.
8.7. Actions
Les actions sont les unités fondamentales pour spécifier les comportements en SysML. Une action représente un traitement ou une transformation. Les actions sont contenues dans les activités, qui leur servent alors de contexte.
8.8. Flots
Un flot de contrôle permet le contrôle de l’exécution des noeuds d’activités. Les flots de contrôle sont des flèches reliant deux noeuds (actions, décisions, etc.).
Le diagramme d’activité permet également d’utiliser des flots d’objets (reliant une action et un objet consommé ou produit). Les object flow, associés aux broches d’entrée/sortie (input/output pin) permettent alors de décrire les transformations sur les objets manipulés.
Pour permettre la modélisation des flots continus, SysML ajoute à UML la possibilité de caractériser la nature du débit qui circule sur le flot : continu (par exemple, courant électrique, fluide, etc.) ou discret (par exemple, évenements, requêtes, etc.). On utilise pour cela des stéréotypes : <<continuous>> et <<discrete>>.
|
|
Par défaut, un flot est supposé discret. |
8.9. Décision
Une décision est un noeud de contrôle représentant un choix dynamique entre plusieurs conditions (mutuellement exclusives). Elle est représentée par un losange qui possède un arc entrant et plusieurs arcs sortants. Il existe plusieurs noeuds de contrôle (cf. Fig. [Control]) :
- fork
-
Un fork est un noeud de contrôle représentant un débranchement parallèle. Il est représenté par une barre (horizontale ou verticale) qui possède un arc entrant et plusieurs arcs sortants. Le fork duplique le "jeton" entrant sur chaque flot sortant. Les jetons sur les arcs sortants sont indépendants et concurrents.
- join
-
Un join est un noeud de contrôle structuré représentant une synchronisation entre actions (rendez-vous). Il est représenté par une barre (horizontale ou verticale) qui possède un arc sortant et plusieurs arcs entrants. Le join ne produit son jeton de sortie que lorsqu’un jeton est disponible sur chaque flot entrant (d’où la synchronisation).
- flow final
-
Contrairement à la fin d’activité qui est globale à l’activité, la fin de flot est locale au flot concerné et n’a pas d’effet sur l’activité englobante.
- merge
-
La fusion est l’inverse de la décision : le même symbole du losange, mais cette fois-ci avec plusieurs flots entrants et un seul sortant.
8.10. Réutilisation
Les activités peuvent être réutilisées à travers des actions d’appel (callBehaviorAction). L’action d’appel est représentée graphiquement par une fourche à droite de la boîte d’action, ainsi que par la chaîne : nom d’action : nom d’activité. SysML propose encore bien d’autres concepts et notations, comme la région interruptible, la région d’expansion ou encore les flots de type stream qui sortent du cadre de ce livre d’intriduction.
8.11. En résumé
Il existe de nombreux diagrammes pour exprimer les comportements. Ces modèles sont importants dans la mesure où ils peuvent servir à valider le futur système vis-à-vis de ces comportements exprimés. Ils ne sont donc véritablement utiles que lorsqu’ils sont couplés à des outils de simulation ou d’analyse (cf. [Analyse]).
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
package |
|||
Analyse |
uc ds |
|||
Conception |
dss ds act |
|||
Implémentation |
sm |
8.12. Questions de révision
-
Comment, pour exprimer un comportement, savoir si j’ai besoin d’un diagramme de séquence plutôt qu’un diagramme d’activité ou encore d’une machine à état ?
8.13. Exercices
8.13.1. Diagramme des cas d’utilisation
Placez dans un diagrammes des cas d’utilisation les différents acteurs et cas correspondant à l'étude de cas suivante (en indiquant les relations) :
Pour faciliter sa gestion, un entrepôt de stockage envisage de concevoir un système permettant d’allouer automatiquement un emplacement de stockage pour chaque produit du chargement des camions qui convoient le stock à entreposer. Lors de l’arrivée d’un camion, un employé doit saisir dans le système les caractéristiques de chaque article ; le système produit alors une liste où figure un emplacement pour chaque article. Lors du chargement d’un camion les caractéristiques des articles à charger dans un camion sont saisies par un employé afin d’indiquer au système de libérer les emplacements correspondant.
9. Les aspects transversaux
| Requirements | Structure | Comportement | Transverse | |
|---|---|---|---|---|
Organisation |
||||
Analyse |
||||
Conception |
||||
Implémentation |
9.1. Fondements
On abordera ici les aspects transversaux comme :
-
la traçabilité des exigences
-
les mécanismes d’allocation
-
le diagramme paramétrique
9.2. Traçabilité des exigences
Nous avons vu déjà un certain nombre de mécanismes SysML qui permettent de tracer les exigences. Nous les regroupons ici dans une matrice spécifique (qui se lit dans le sens des relations, par exemple un élément de structure comme un bloc <<satisfy>> une exigence).
| Requirements | Structure | Comportement | |
|---|---|---|---|
Requirements |
<<deriveRqt>>, <<refine>>, <<copy>> |
||
Structure |
<<allocate>>, <<satisfy>> |
<<allocate>> |
|
Comportement |
<<refine>> |
Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, en général, le lien de raffinement est utilisé entre une exigence et un élément comportemental (état, activité, uc, etc.) tandis que l’allocation concerne principalement les éléments de structures.
XXX Mettre un exemple avec tous ces liens.
9.3. Mécanismes d’allocation
Un mécanisme nouveau en SysML et important pour l’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS] est le mécanisme d'allocation. Il permet de préciser quel élément conceptuel (comme un comportement ou une activité) est alloué sur quel élément physique.
Il est possible d’exprimer cette allocation de plusieurs manières.
Parler du <<AllocatedTo>>, compartiments des blocs et autres annotations. Parler des zones d’allocation dans les machines à états où les diagrammes d’activités par exemple. Parler des <<allocate>>.
9.4. Diagramme paramétrique
C’est une forme particulière de Internal Block Definition. Nous avons abordé cela dans la section [param].
|
|
Certaines approchent utilisent des feuilles excel pour traduire les diagrammes paramétriques et contrôler l’impact des changements de valeurs de tel ou tel paramètre. |
9.5. En résumé
En résumé l’expression du comportement du système en SysML est très similaire à ce qui est fait dans UML. On retrouve néanmoins le renforcement des liens entre éléments de modèles par les dépendances précises et les allocations. Un autre élément de renforcement entre éléments de modèles concerne le fait qu’un diagramme comportemental (comme une machine à état) est attachée à un élément bien précis (par exemple un bloc). Ces liens apparaissent entre blocs et machines à état, entre cas d’utilisation et diagrammes de séquence ou d’activité, etc.
9.6. Questions de révision
-
Quelles sont les différences entre <<satisfy>> et <<allocate>> ?
-
Pourquoi est-il important de relier un use case à au moins un requirement ?
-
L’inverse est-il aussi important ?
Partie 4 : Modéliser un système en SysML
1. Une démarche parmi d’autres
Nous allons aborder le développement complet de notre exemple fil rouge en suivant une démarche classique et simple (utilisée par exemple dans [SeeBook2012], où proche de la démarche globale enseignée dans nos cous de DUT Informatique, ou encore proche des documents de référence en la matière [HAS2012], [KAP2007],[FIO2012]) :
-
Spécification du système
-
Conception du système
-
Traçabilité et Allocations
-
Modèle de test
Nous partirons du modèle des exigences produit initialement. Mais avant tout, parlons outils.
1.1. Environnement de développement
Nous sommes des défenseurs des principes [DRY] et [TDD]. Nous allons donc réaliser nos diagrammes dans un outil et non "à la main" (de simples dessins). Nous choisissons ici l’outil TOPCASED pour des raisons que nous expliquerons ailleurs. La version utilisée pour réaliser les exemples de cette section est la version 5.2.
Un outil SysML seul ne suffit pas (cf. Outillage). Il faut penser à la documentation (cf. Génération de doc).
1.1.1. Outils
Il existe de nombreux outils SysML. Nous renvoyons le lecteur sur le site de SysML-France pour des informations sur les dernières versions des outils.
1.1.2. Génération de documentation
La plupart des outils permettent de générer de la documentation. Pour les outils basés eclipse comme TOPCASED, il est possible d’utiliser le plug-in GenDoc2.
Les outils commerciaux comme Rhapsody permettent de générer de nombreux formats.
1.1.3. Animation de modèles et simulation
Fortement liée aux outils, la possibilité d’animer les modèles ou encore d’effectuer des simulations est une exigence de plus en plus forte des ingénieurs systèmes.
Il existe de nombreuses possibilités. Citons par exemple :
- Génération de code VHDL
-
L’outil RTaW propose, via génération de code VHDL de simuler les modèles. Voir une démonstration ici.
- Simulation en Rhapsody
-
L’outil Rhapsody possède une interface très pratique pour faire du prototypage rapide.
Voir mon tutoriel (en anglais) disponible ici.
- Animation de modèles en Artisan
-
L’outil Artisan permet également de faire de l’animation de modèles.
1.2. Spécification du système
Il s’agit ici de décrire le contexte et d’identifier les principaux cas d’utilisation du système.
1.3. Conception du système
Chaque cas d’utilisation sera précisé (seq et act). Les données métier seront alors identifiées pour construire le modèle d’architecture logique (bdd et ibd) complété par la description des comportements complexes (st). Enfin le modèle d’architecture physique permettra de déterminer les aspects déploiement et constructions physiques d'équipements/
1.4. Traçabilité et Allocations
Afin de consolider les différents modèles, les liens de traçabilité qui n’auront pas été déjà décrit
[Il est recommandé de ne pas attendre pour matérialiser ces liens, mais de les exprimés dès que rencontrés dans telle ou telle modélisation.]
seront rajoutés en insistant sur les liens :
-
de satisfaction des exigences par les éléments de l’architecture,
-
d’allocation des éléments du modèle fonctionnel vers les éléments logiques,
-
d’allocation des éléments logiques vers les éléments de l’architecture physique.
1.5. Modèle de test
Nous insistons dans l’ensemble de nos formations sur les approches test-driven, alors nous montrons dans cette section comment participer à la qualité du développement d’un système en formalisant (par exemple avec des diagrammes de séquence de scénarios à éviter) les test et les jeux de test.
2. Recettes et bonnes pratiques
La plupart des ouvrages sur un langage enseignent les éléments de ce langage, comme nous l’avons fait à la partie précédente. Nous allons ici partir du principe inverse : comment modéliser tel ou tel partie ou vue de mon système avec SysML. Un peu à la manière des ouvrages du type Cookbook, nous allons donner une liste non exhaustives de recettes. Les choix des éléments de modélisation sont arbitraires ou tirés de discussions (comme ce sera mentionné si c’est le cas).
2.1. Architecture
C’est conseillé. Un block System permet de raccrocher tous les éléments qui le composent à un même niveau.
Dans l’exemple ci-dessous le système (le bloc Pacemaker) est lui-même un simple composant d’un élément de plus haut niveau : le contexte du système (le bloc Context) qui relie alors le système à son environnement.
Voir aussi la section [contexte].
2.2. Comportement
Un diagramme d'état peu modéliser les différents modes et les événements qui produisent les changements de mode.
Partie 5 : Pour aller plus loin
1. Considérations méthodologiques
2. Analyses et simulation
To be completed…
3. Exercices de révision
Reprendre ici les questions des chapitres (à organiser en fichiers!).
3.1. Quizz
3.1.1. Sujet
Un quizz en ligne est disponible ici (me contacter pour le mot de passe).
En voici une capture d'écran :
3.1.2. Corrigé
L’ensemble des questions du quizz a été généré à partir de ce fichier quizz (qui contient les réponses).
3.2. Mots croisés
3.2.1. Sujet
Voici un petit exercice (en anglais pour l’instant, désolé) pour changer :
- Vertical (across)
-
-
2. outside-inside connection
-
4. the full name of a model element is also a … name
-
6. the black diamond in SysML
-
9. History is one of them
-
10. what a block can do
-
13. between states
-
14. a supporter of SysML
-
- Horizontal (down)
-
-
1. used to describe a flow of actions
-
3. message represented by a regular (unfilled) arrow
-
5. each use case is advised to be linked to at least one of them
-
7. they are handled in SysML by Packages
-
8. communication entity in a seq
-
11. a supporter of SysML
-
12. number of diagrams in SysML
-
Annexes
1. Liens utiles
-
Sites officiels
-
Le site de l’association SysML-France
-
Le site de l’OMG (Object Management Group)
-
Le portail SysML de l’OMG (Object Management Group)
-
Le site de l’INCOSE (International Council on Systems Engineering)
-
Le site de l’AFIS (Association Française d’Ingénierie Système)
-
-
Blogs
-
Le site de Tim Weilkiens
-
La démarche Caminao
-
-
Outils SysML
-
Outils de production
-
Les conseils généraux de Scott Ambler sur Ecrire un livre technique
-
Les conseils techniques de Matthew Mc Cullough sur Ecrire un livre technique
-
AsciiDoc comme moteur de base.
-
Pandoc pour la conversion de documents.
-
git-scribe pour la génération des documents à partir d’AsciiDoc.
-
-
Divers
-
Pour en savoir plus sur l’auteur
-
2. Conventions
Il existe un certain nombre de conventions complémentaires aux règles de la spécification elle-même. Nous ne les donnons ici qu'à titre indicatif. Il est important pour une organisation qui souhaite utiliser SysML comme notation pour ses modèles de se mettre d’accord sur ce type de convention. En voici quelques-unes :
-
Convention pour les noms :
-
de blocs commencent par une majuscule (origine : UML)
-
de cas d’utilisation (qui représentent une action) doivent être un verbe à l’infinitif (origine : UML)
-
d’activité (qui représentent une action) doivent être un verbe à l’infinitif (origine : UML)
-
d’attributs commencent par une minuscule et ne sont pas au pluriel (origine : UML)
-
-
Convention pour les requirements :
-
…
-
-
Dépendances
-
En général un cas d’utilisation qui n’est inclus (<<include>>) que dans un seul autre cas est fusionné dans ce dernier
-
Lorsqu’un cas d’utilisation possède plusieurs cas <<refine>> qui pointent vers lui, on considère que ces différents cas sont des options possibles de raffinement (cf. [conventions]).
-
|
|
Pour les origines UML de certaines conventions, cf. [Styles]. |
3. Le temps et sa prise en compte dans les modèles
Il existe plusieurs façon de représenter les informations temporelles.
SysML permet par exemple d’ajouter des contraintes temporelles sur le diagramme de séquence. Il existe deux types de contraintes :
-
la contrainte de durée, qui permet d’indiquer une contrainte sur la durée exacte, la durée minimum ou la durée maximum entre deux événements ;
-
la contrainte de temps, qui permet de positionner des étiquettes associées à des instants dans le diagramme au niveau de certains messages et d’ainsi contraindre leur relation.
Néanmoins, pour une prise en compte industriel des contraintes temporelles, il conviendra d’utiliser le profil dédié à ces aspects : le profil MARTE.
4. FAQ
Cette Frequently Asked Question a été construite par expérience, en regroupant les questions des étudiants durant mes différentes interventions. J’ai aussi ajouté des questions souvent rencontrées dans les journées organisées par SysML-France.
|
|
Voir aussi cette FAQ très bien faite. |
Cette FAQ peut servir de base à la révision d’examens (cf. aussi [Exos]).
Peut-on avoir un requirement contenu plusieurs fois ?
Non. Le lien de containment est en fait une action qui place le "contenu" dans le "contenant". Dans TOPCASED, le diagramme laisse les liens précédents à l'écran, mais dans le modèle, c’est bien le dernier containment réalisé qui est pris en compte. Dans la figure ci-dessous le lien A-C a été "dessiné" après celui B-C.
|
|
Ce "bug" provient du fait que le lien de containment n’est pas un lien de dépendance, mais plutôt une représentation graphique de la contenance. |
Comment alors peut-on "partager" un requirement ?
(En lien avec la question précédente)
L’organisation SysML des requirements est en fait un arbre. Pour réaliser ce "partage" certains utilisent un lien <<copy>> pour créer plusieurs copies d’un même requirement. Personnellement je n’aime pas cette solution.
Peut-on avoir un lien <<satisfy>> entre exigences?
Techniquement oui (<<satisfy>> étant dérivé de <<dependency>>), mais ça n’a pas beaucoup de sens que de dire qu’un besoin est satisfait par un autre. Il s’agit le plus souvent d’un lien <<deriveReqt>>.
|
|
Certaines méthodes utilise ce lien pour par exemple exprimer qu’une exigence cliente est satisfaite par une exigence système (comme la méthode [Harmony]). |
Quelle est la différence entre <<deriveReqt>> et <<refine>> ?
La norme n’impose pas de sémantique précise à <<deriveReqt>>. Il y a généralement deux interprétations.
-
Un usage classique est de l’utiliser pour ajouter des exigences plus détaillés déduites à partir d’autres exigences. Un exemple issue de la norme est une exigence de puissance moteur déduite (deriveReqt) depuis l’exigence sur l’accélération d’un véhicule.
-
Une vision plus stricte, aussi illustré par l’exemple précédent, est que l’exigence dérivée est une condition nécessaire (un pré-requis) à l’exigence cible.
Autre exemple respectant 1 mais pas 2 : "Le véhicule doit posséder 4 roues." est dérivé de "Le véhicule doit se déplacer sur route." En effet, un aéroglisseur répondrait aussi l’exigence initiale et n’a pourtant pas de roues.
Quant au <<refine>> il est utilisé pour indiquer qu’un élément de modèle (qui peut être lui-même un requirement) est un raffinement (au sens niveaux d’abstraction, du plus abstrait au plus concret) d’un requirement. Par exemple, un use case ou un diagramme d’activité peut être un raffinement d’une exigence fonctionnelle (textuelle par exemple).
A quoi sert le lien <<trace>> ?
Il est utilisé pour indiquer que l’on souhaite conserver un lien de traçabilité entre les éléments (par exemple entre un élément de modélisation et un document). Il est recommandé d’utilisé une de ces versions plus précises (<<deriveReqt>> ou <<satisfy>> par exemple).
Quelle est la version courante de la spécification et comment l’obtenir?
Verson 1.3 et disponible à l’URL: http://www.sysml.org/docs/specs/OMGSysML-v1.3-12-06-02.pdf
Quels en sont les changements notables depuis la dernière version ?
(en lien avec la question précédente)
Les changements notables par rapport à la 1.2 concernent :
-
synchronisation avec les changements d’UML 2.3
-
le métamodèle de Conjugate ports et sa notation
-
le nommage des activity regions "interruptible"
-
inclusion de UML instance
-
inclusion des structured activity nodes d’UML
-
inclusion des multiple item flow d’UML
-
améliorations du support à Unit et QuantityKind pour les value types, et ajout d’un modèle (non normatif) pour définir les systèmes d’unités et de quantités.
|
|
SysML v1.3 Revision Task Force dirigée par Roger Burkhart et Rick Steiner améliore de manière régulière la spécification en fonction des retours des utilisateurs. |
Divers
Quelques autres questions que je laisse à votre sagacité :
-
Pourquoi les ingénieurs systèmes auraient-ils besoin d’un n-ième langage de modéliation ?
-
Quelles sont les relations entre “open source SysML” et “OMG SysML” ?
-
Quelle est la feuille de route pour SysML 2.0?
-
Quelles sont les relations entre UML et SysML? Peut-on les utiliser ensemble?
-
Peut-on "customizer" SysML?
-
Quel langage est le plus facile à apprendre, SysML ou UML?
5. Bibliographie
-
[FIO2012] Fiorèse S., Meinadier J., Découvrir et comprendre l’ingénierie système, AFIS 2012.
-
[HAS2012] Haskins C., SE Handbook Working Group, INCOSE Systems Engineering Handbook: Version 3.2.2, International Council on Systems Engineering, 2012.
-
[KAP2007] Kapurch S., NASA Systems Engineering Handbook, 2007 (pdf).
-
[REQ2012] Guide Bonnes Pratiques en Ingénierie des Exigences, AFIS 2012.
-
[Roques2010] Pascal Roques. SysML par l’exemple - Un langage de modélisation pour systèmes complexes. Eyrolles. a acheter ici.
-
[Sommerville1997] Ian Sommerville, Pete Sawyer. Requirements Engineering: A Good Practice Guide. Wiley, 1997.
-
[SysML] OMG. Systems modeling language version 1.3. Technical report, 2012.
-
[taoup] Eric Steven Raymond. The Art of Unix Programming. Addison-Wesley. ISBN 0-13-142901-9.
-
[Walsh1999] Norman Walsh & Leonard Muellner. DocBook - The Definitive Guide. O’Reilly & Associates. 1999. ISBN 1-56592-580-7.
-
[Harmony] Bruce Powel Douglass. Real-Time Agility: The Harmony/ESW Method for Real-Time and Embedded Systems Development. Addison-Wesley Professional, 2009. ISBN-10: 0-321-54549-4
-
[Styles] Scott W. Ambler. The Elements of UML 2.0 Style. Cambridge University Press, 2005. ISBN: 0-521-61678-6
6. Glossaire
Acronymes SysML
- bdd
-
Raccourcis pour Block Definition Diagram dans une cartouche SysML
- ds
-
Diagramme de Séquence (cartouche seq)
- dss
-
Diagramme de Séquence Système (un ds où seul le système dans sa globalité est représenté)
- ibd
-
Raccourcis pour Internal Block Diagram dans une cartouche SysML
- seq
-
Raccourcis pour diagramme de séquence dans une cartouche SysML
Définitions générales
|
|
Ressources
Les définitions ci-dessous sont regroupées à titre indicatif. Je vous invite à consulter les sources suivantes :
|
- DRY
-
Don’t Repeat Yourself : Un bon principe qui veut qu’on évite de répéter des tâches manuelles (comme les tests) en utilisant plutôt des scripts et des programmes.
- INCOSE
-
International Council on Systems Engineering : une organisation fondée en 1990 pour faire avancer les technologies d’Ingénierie Systèmeindexterm:[IS].
- IPT
-
Integrated Product Team : une équipe classique en développement système.
- OMG
-
Object Management Group : L’organisme international chargé des principales normes liés à l’objet (CORBA, UML, etc.).
- TDD
-
Test Driven Development : Développements dirigés par les tests. On écrit les tests avant d'écrire le code. On travaille son code tant que les tests ne passent pas.
- TRL
-
Technology Readiness Level : système de mesure employé par des agences gouvernementales américaines et par de nombreuses compagnies (et agences) mondiales afin d'évaluer le niveau de maturité d’une technologie (cf. Wikipedia).
- SysML
-
System Modeling Language ™ : le langage de modélisation de systèmes maintenu par l’OMG.
Dernière MAJ : 26/12/2012 - 00:52:45 CET
Document généré par Jean-Michel Bruel via AsciiDoc (version 8.6.8) de Stuart Rackham.
La version présentation a été générée en utilisant W3C HTML Slidy © de Dave Raggett, amélioré par Jean-Michel Inglebert.
Pour l’instant ce document est libre d’utilisation et géré par la Licence Creative Commons.
licence Creative Commons Paternité - Partage à l'Identique 3.0 non transposé.